傅振升

（臨沂大學(xué)，山東 臨沂 276000）

計(jì)算流體力學(xué)在飛行器研制中的應(yīng)用

傅振升

（臨沂大學(xué)，山東 臨沂 276000）

文章按照高速飛行器的啟動(dòng)飛行，分析了計(jì)算流體力學(xué)的建模和相關(guān)應(yīng)用。高速飛行器的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而改變，計(jì)算流體力學(xué)的飛行設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的作用。從宏觀角度分析，出發(fā)求解Euler方程，N一S方程。需要考慮到真實(shí)氣體所帶來的有些化學(xué)反應(yīng)以及N一S方程的電離求解。從微觀的角度進(jìn)行相關(guān)的求解，運(yùn)用蒙特卡洛法對(duì)氣體分子運(yùn)動(dòng)直接模擬。結(jié)果表明隨著計(jì)算機(jī)不斷的發(fā)展，計(jì)算動(dòng)力學(xué)得到了顯著的提升。

飛行器；計(jì)算；流體力學(xué)；問題；作用

1 計(jì)算流體力學(xué)的概念

計(jì)算流體力學(xué)屬于一門交叉學(xué)科，涉及的領(lǐng)域比較廣。主要包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、流體力學(xué)、偏微分方程的數(shù)學(xué)理論、計(jì)算幾何、數(shù)值分析，演變出了當(dāng)前的計(jì)算流體力學(xué)，為相關(guān)理論及其原理奠定了基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)不斷的發(fā)展，流體力學(xué)存在著非常好的硬件環(huán)境，促進(jìn)了流體力學(xué)的發(fā)展，進(jìn)而加強(qiáng)了我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

2 在航空飛行器問題上的應(yīng)用

（1）飛行器操作中，關(guān)于流體的計(jì)算，應(yīng)嚴(yán)格按照飛行器設(shè)計(jì)的要求。計(jì)算數(shù)值中，合理利用物理模型，使模型的精確度以及準(zhǔn)確度可以獲取一個(gè)較好的效果。比如在針對(duì)大攻角的問題上，用Euler和N一S方程計(jì)算相關(guān)案例。確認(rèn)N一S模型優(yōu)于Euler模型，在粘性修正的問題當(dāng)中，在某些方面存在經(jīng)驗(yàn)者的加入，但是按照這樣的方法能夠?qū)⒘黧w學(xué)的兩個(gè)常用的程序進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算并得出其計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也能夠設(shè)計(jì)出完美的模塊。這要在相關(guān)飛行器的要求下進(jìn)行，不同的飛行器對(duì)相應(yīng)的解決辦法也有不同。所以，要隨著有關(guān)物體力學(xué)對(duì)計(jì)算程序進(jìn)行相應(yīng)的改善并發(fā)展，在計(jì)算物體力學(xué)的過程當(dāng)中需要隨時(shí)關(guān)注其發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

（2）有關(guān)大攻角的問題，是長(zhǎng)期以來最為關(guān)注的熱點(diǎn)問題，始終圍繞著飛行器的動(dòng)力來進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算過程，當(dāng)攻角顯示比較大的情況下，有可能會(huì)產(chǎn)生旋渦以及機(jī)頭向下，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致不對(duì)稱。當(dāng)這一現(xiàn)象不能夠得到相應(yīng)的抑制，那么其主要會(huì)產(chǎn)生一些問題：橫向力以及偏航力的現(xiàn)象，旋渦及其相互作用發(fā)生在尾翼之間，這一現(xiàn)狀是最為容易出現(xiàn)故障的。經(jīng)過一系列的實(shí)踐表示，如果這種不對(duì)稱的問題擾亂自由流時(shí)，就會(huì)對(duì)幾何的問題產(chǎn)生影響，同時(shí)，也會(huì)影響到整個(gè)機(jī)頭的形狀，以及觸及到雷諾數(shù)的敏感方面。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重渦旋時(shí)的情況下，有可能產(chǎn)生完全湍流以及非對(duì)稱載荷出現(xiàn)在邊界層的狀況。通過采用N一S方程與Hummel的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，其結(jié)果表明，完全相同的幾條線發(fā)生了分離，一共利用了545,025個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)（129個(gè)點(diǎn)是其周向，65個(gè)點(diǎn)是其垂直方向，65個(gè)點(diǎn)是其長(zhǎng)度方向）。通過采用網(wǎng)絡(luò)密度對(duì)大攻角的相關(guān)流動(dòng)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，可知按照相關(guān)要求，其中必須要確保其網(wǎng)絡(luò)密度在發(fā)展的過程當(dāng)中不會(huì)出現(xiàn)缺少的現(xiàn)象，因此，這一方法能夠模擬出的數(shù)據(jù)問題較為準(zhǔn)確。

（3）對(duì)比分析有關(guān)層流和轉(zhuǎn)抉區(qū)的相關(guān)測(cè)驗(yàn)結(jié)果，其中，其壓力的分布以及測(cè)試的結(jié)果主要是按照相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果得知。并且，對(duì)于類似的方法可知，對(duì)其影響明顯的原因主要在于對(duì)計(jì)算結(jié)果的分布，X/L大于0.7的位置上具有相關(guān)的壓力表明，這種方法主要是按照層流來分析，其中，計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)明顯偏高的趨勢(shì)，將其應(yīng)用到大攻角的相關(guān)計(jì)算當(dāng)中，有其模型及其模型的應(yīng)用，可以得到更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。因此，在其離位置在X/L的流層表面可知，相當(dāng)于位置距離為0.5。所以在發(fā)展的過程當(dāng)中，經(jīng)常發(fā)生向前發(fā)展的趨勢(shì)，并且根據(jù)相應(yīng)的調(diào)查研究發(fā)展，這樣的研究結(jié)果和觀察的結(jié)果比較類似。NASA的Ames和Langley研究中心研究發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)其良好的發(fā)展，并且保證其能夠?qū)δM計(jì)算的F一18大攻角與N一S方程進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算程序。

目前，總結(jié)歸納出以下知識(shí)點(diǎn)。Ames研究中心按照有關(guān)計(jì)算來得到有些數(shù)據(jù)信息，并以此得到了大攻角下機(jī)頭，從而產(chǎn)生的漩渦，以及有關(guān)移動(dòng)特點(diǎn)和特征，并測(cè)試其側(cè)滑效應(yīng)。因?yàn)閷?shí)際上的計(jì)算比實(shí)際撒謊那個(gè)的操作觀察后，所得的數(shù)據(jù)靠后，這有可能是由于網(wǎng)格的尺度到目前為止還不夠精細(xì)。F/A一18壓力系數(shù)以及相關(guān)的計(jì)算結(jié)果得知，和飛行試驗(yàn)的結(jié)果相比，能夠得出其和計(jì)算的方法還缺乏進(jìn)一步的研究確認(rèn)，當(dāng)前Ames和Langley研究中，仍然在繼續(xù)研究當(dāng)前的計(jì)算方法，期望能夠有效地改進(jìn)并完善，將其發(fā)展到適應(yīng)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，包括飛行器部件之間的相互影響，因此，能夠?qū)⑵溆行У膽?yīng)用到實(shí)際的飛行器操作當(dāng)中。這是個(gè)能夠達(dá)到的基本目標(biāo)，并為其努力奮斗著的。

3 結(jié)束語

當(dāng)前主要是以N一S的計(jì)算方式進(jìn)行相關(guān)的程序計(jì)算，按照其配合子的相關(guān)方式，對(duì)運(yùn)算模式進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，來達(dá)到其更廣泛的優(yōu)勢(shì)，受到人們的關(guān)注。因此，這種模式將會(huì)被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，根據(jù)當(dāng)前的新型號(hào)的開發(fā)進(jìn)程者來判斷?？梢赃x取當(dāng)前能夠促進(jìn)國外商業(yè)軟件發(fā)展的軟件，并且按照自己的需求進(jìn)行相關(guān)的選擇，相關(guān)人員必須配有相應(yīng)的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及基本的知識(shí)。開發(fā)相關(guān)屬于自己的計(jì)算流體力學(xué)平臺(tái)，具有更好地便捷性。從某個(gè)方面來說，這在技術(shù)上對(duì)其商業(yè)軟件的發(fā)展就有有利作用。

[1]劉緒,劉偉,柴振霞,等.飛行器動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性參數(shù)計(jì)算方法研究進(jìn)展[J].航空學(xué)報(bào).2016,(8).

[2]張宇飛,符松.第五屆國際計(jì)算流體力學(xué)大會(huì)介紹[J].力學(xué)進(jìn)展,2008,(5).

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2096-2789（2016）11-0212-01

傅振升（1994-），男，山東濰坊人，研究方向：飛行器制造工程。